Biți ancilla în calculul cuantic

În calculul reversibil, biții ancilla sunt biți suplimentari folosiți pentru a implementa operații logice ireversibile. În calculul clasic, orice bit de memorie poate fi activat sau oprit după bunul plac, nefiind nevoie de cunoștințe anterioare sau de complexitate suplimentară. Cu toate acestea, acest lucru nu este cazul în calculul cuantic sau în calculul clasic reversibil. În aceste modele de calcul, toate operațiunile pe memoria computerului trebuie să fie reversibile, iar pornirea sau oprirea unui bit ar pierde informațiile despre valoarea inițială a bitului respectiv. Din acest motiv, într-un algoritm cuantic nu există nicio modalitate de a pune biți în mod determinist într-o stare specifică prescrisă decât dacă ni se oferă acces la biții a căror stare inițială este cunoscută dinainte. Astfel de biți, ale căror valori sunt cunoscute a priori, sunt cunoscuți ca biți ancilla într-o sarcină de calcul cuantică sau reversibilă.

(Folosirea a trei biți ancilla și patru porți Toffoli pentru a construi o poartă NOT cu 5 comenzi. Biții ancilla ajung la gunoi, deoarece efectele asupra lor nu au fost necalculate.)

O utilizare trivială a biților ancilla este degradarea porților cuantice complicate în porți simple. De exemplu, prin plasarea comenzilor pe biți ancilla, o poartă Toffoli poate fi folosită ca poartă NOT controlată sau poartă NOT.[1]: 29.

Pentru calculul reversibil clasic se știe că un număr constant O(1) de biți ancilla este necesar și suficient pentru calculul universal.[2] Nu sunt necesari biți suplimentari, dar spațiul de lucru suplimentar poate permite construcții de circuite mai simple, care utilizează mai puține porți.[1]: 131.

Qubiți ancilla

Conceptul de bit ancilla poate fi extins pentru calculul cuantic în termeni de qubiți ancilla, care pot fi utilizați, de exemplu, în corectarea erorilor cuantice.[3] Un exemplu notabil pentru utilizarea biților ancilla în calculul cuantic este algoritmul Deutsch-Jozsa.

Cataliza cuantică folosește qubiții ancilla pentru a stoca stări inseparate care permit sarcini care în mod normal nu ar fi posibile cu operațiuni locale și comunicare clasică (LOCC).[4]

Referințe

1. Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. (2010). Quantum Computation and Quantum Information (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-00217-3.
2. Aaronson, Scott; Grier, Daniel; Schaeffer, Luke (2015). „The Classification of Reversible Bit Operations”. arXiv:1504.05155 [quant-ph].
3. Shor, Peter W. (October 1, 1995). „Scheme for reducing decoherence in quantum computer memory”. Physical Review A. 52 (4): R2493–R2496.Bibcode:1995PhRvA..52.2493S. doi:10.1103/PhysRevA.52.R2493. PMID 9912632
4. Azuma, Koji; Koashi, Masato; Imoto, Nobuyuki (2008). „Quantum catalysis of information”. arXiv:0804.2426 [quant-ph].

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)